光伏蓋板玻璃深加工生產(chǎn)線

王 磊，陳承新，周 輝，王開西，王之洋，孫高偉

(蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司,蚌埠 233010)

隨著碳達(dá)峰碳中和的推進(jìn)，國家對光伏產(chǎn)業(yè)的支持力度越來越高，光伏產(chǎn)業(yè)有著前所未有的發(fā)展勢頭。蓋板玻璃深加工生產(chǎn)線主要是對蓋板原片玻璃進(jìn)行一系列的深加工工藝，其產(chǎn)能要求最為重要，需要各個工藝設(shè)備和連線輥道的協(xié)同配合。為提高自動化程度，節(jié)省人工成本，提高工作效率，生產(chǎn)線采用自動化連線控制系統(tǒng)，能動態(tài)協(xié)調(diào)各加工設(shè)備及各段連線輥道的生產(chǎn)節(jié)拍與速度，以實(shí)現(xiàn)各單體設(shè)備間的產(chǎn)能匹配，并能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能最大化。

1 工藝流程

早期的深加工生產(chǎn)線，玻璃是橫向進(jìn)入鋼化爐的，主要特點(diǎn)是鋼化爐產(chǎn)量大。橫向進(jìn)入鋼化爐最大的缺點(diǎn)是生產(chǎn)出來有大小頭傾向，即鋼化后的玻璃兩個長邊尺寸不同，最大相差1 mm左右，不能滿足玻璃的尺寸精度要求。主要原因是玻璃進(jìn)入鋼化爐后，玻璃頭部和尾部在鋼化爐內(nèi)加熱時有差別，導(dǎo)致玻璃頭部和尾部的溫度不同，在出爐鋼化時，收縮量不同。采用縱向運(yùn)輸方式后，由于玻璃短邊尺寸較小，相對來說，大小頭尺寸差就小，更容易滿足玻璃精度要求。因此，目前大部分廠家均采用縱向運(yùn)行的方式。

蓋板玻璃深加工生產(chǎn)線主要包括上片單元、磨邊機(jī)、邊角檢測、清洗機(jī)、鍍膜機(jī)組、鋼化爐、下片單元(含鋪紙機(jī))、連線輥道及控制系統(tǒng)。連線輥道貫穿于各個工藝設(shè)備之間，起到承接和傳輸?shù)淖饔?，各工藝設(shè)備和連線輥道之間按照一定的工藝要求排布。圖1所示為蓋板玻璃深加工生產(chǎn)線工藝流程圖[1]。

2 方案布置

按照生產(chǎn)線產(chǎn)量最大化原則，蓋板玻璃深加工生產(chǎn)線目前更多采用60 m鋼化爐，鋼化前采用3條預(yù)處理線，鋼化后合并為1條主線，玻璃最大規(guī)格2 600 mm×1 400 mm,最小玻璃規(guī)格1 644 mm×985 mm，玻璃厚度1.6～4 mm，產(chǎn)能計算玻璃加工規(guī)格按2 200 mm×1 100 mm×2 mm來計算，單座鋼化爐正常生產(chǎn)按每天22 h，年工作日按350 d計算，單套蓋板玻璃深加工生產(chǎn)線年產(chǎn)能大約為1 643萬m2/年。

3 生產(chǎn)線的組成

蓋板玻璃深加工生產(chǎn)線主要包括上片單元、磨邊機(jī)、邊角檢測、清洗機(jī)、鍍膜機(jī)組、鋼化爐、下片單元(含鋪紙機(jī))、連線輥道及控制系統(tǒng)。

3.1 上片單元

早期的深加工生產(chǎn)節(jié)拍較慢，多采用上片機(jī)進(jìn)行上片。上片機(jī)通過吸盤將玻璃架子上垂直放置的玻璃轉(zhuǎn)換為水平放置。隨著產(chǎn)量的要求越來越高，對生產(chǎn)節(jié)拍要求越來越高。目前上片單元更多采用機(jī)械手上片，主要包括機(jī)械手、吸盤組件、旋轉(zhuǎn)跺位，護(hù)欄等，上片機(jī)械手更多的采用上放板的方式，上片周期最快可以達(dá)到9.5 s/片。旋轉(zhuǎn)跺位包含2個工位，當(dāng)?shù)谝粋€工位玻璃全部抓完后，可以迅速旋轉(zhuǎn)180°，實(shí)現(xiàn)第二工位的連續(xù)抓取，可以最大程度的減少換跺的時間。

3.2 磨邊機(jī)

目前主流的磨邊方式為先磨短邊再磨長邊(長邊帶倒角裝置)。磨邊機(jī)由短邊磨邊機(jī)組、轉(zhuǎn)向臺、長邊磨邊機(jī)組、倒角裝置等組成，整條生產(chǎn)線具有粗磨、精磨、倒安全角等一次通過成型功能[2]。

早期的磨邊機(jī)磨邊速度低且磨邊質(zhì)量差，容易產(chǎn)生崩邊、缺角、崩角、亮邊、焦邊等缺陷，且磨邊機(jī)的故障率非常高，對產(chǎn)能有較大的影響。隨著技術(shù)的不斷提升，磨邊機(jī)的速度和磨邊質(zhì)量都有了質(zhì)的提升，目前市面上最快的磨邊機(jī)速度可以做到18～22 s/片，且磨邊質(zhì)量較之前有了較大的提升。

3.3 邊角檢測裝置

早期光伏深加工生產(chǎn)線是沒有邊角檢測裝置的，只能通過人眼來觀察，很難發(fā)現(xiàn)細(xì)微的缺陷。目前隨著視覺技術(shù)的不斷提升，邊角檢測裝置也慢慢的應(yīng)用到了光伏深加工。邊角檢測可以檢測玻璃的破損、裂紋、崩邊、缺角、崩角、亮邊、焦邊、邊部破片、邊部裂片等缺陷，漏檢率小于0.5%，誤檢率小于0.5%。產(chǎn)線中一旦檢測出有玻璃有缺陷，檢測裝置會向連線輥道設(shè)備發(fā)出信號，連線輥道會進(jìn)行自動排廢功能。

3.4 清洗機(jī)

光伏蓋板玻璃生產(chǎn)線清洗機(jī)主要包括鍍膜前清洗機(jī)和包裝前清洗機(jī)。鍍膜前清洗機(jī)對清洗潔凈度要求較高，不良的清洗潔凈度，會對后續(xù)鍍膜質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。評價玻璃清洗效果一般使用光學(xué)接觸角測量儀進(jìn)行水滴角測試[3]。目前鍍膜前清洗機(jī)的清洗速度最快可達(dá)18 m/min，清洗潔凈度15°～20°。 包裝前清洗機(jī)位于鋼化后的主線，對風(fēng)干要求較高，不良的風(fēng)干效果會影響后面的鋪紙效果，容易使玻璃發(fā)霉，目前包裝前清洗機(jī)的清洗速度最快可達(dá)45 m/min，清洗潔凈度15°～20°。

3.5 鍍膜機(jī)組

鍍膜機(jī)組由預(yù)熱段、輸送機(jī)(過渡段、流平段)、鍍膜機(jī)、高溫烘干段組成。鍍膜機(jī)組是將磨邊、清洗檢驗合格的玻璃原片，送入AR膜鍍膜機(jī)，玻璃板經(jīng)預(yù)熱后通過輥涂鍍膜機(jī)在其絨面上涂覆一層AR膜，再經(jīng)過膜層固化、鋼化處理，從而使光伏玻璃在有效波長范圍內(nèi)透過率在原片透過率的基礎(chǔ)上提高，以滿足太陽能電池組裝廠家對光伏玻璃透過率的要求。目前雙層鍍膜的應(yīng)用越來越多，雙層膜的透光率比單層膜的高0.2%～0.3%，且耐候性好。

預(yù)熱段主要將玻璃表面進(jìn)行加熱，增加鍍膜后鍍膜液在玻璃表面的流動性，提高鍍膜質(zhì)量。固化爐主要是對鍍膜后玻璃表面的鍍膜機(jī)進(jìn)行固化處理，目前鍍膜機(jī)鍍膜周期可以達(dá)到6片/min。

3.6 鋼化爐

鋼化爐主要由上片段、加熱段、急冷鋼化段、冷卻段、下片段、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及相應(yīng)控制系統(tǒng)組成。上片段將前工序的玻璃片排隊輸進(jìn)鋼化爐，加熱段將玻璃加熱至軟化點(diǎn)，急冷鋼化段將加熱爐出來的高溫玻璃急速冷卻，使玻璃表面及內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力及拉應(yīng)力達(dá)到鋼化效果，冷卻段使玻璃溫度進(jìn)一步降低以便進(jìn)入下一工序。表1為60 m連續(xù)鋼化爐產(chǎn)能數(shù)據(jù)表

表1 60 m連續(xù)鋼化爐產(chǎn)能數(shù)據(jù)表

3.7 下片單元

下片單元主要由下片輥道、機(jī)械手、吸盤、鋪紙機(jī)以及控制系統(tǒng)組成。包裝清洗后的成品玻璃自動從生產(chǎn)線下片，并按要求的片數(shù)進(jìn)行整齊堆垛，每片玻璃之間鋪放專用防霉紙。

下片輥道主要對玻璃基板進(jìn)行定位，多采用長邊側(cè)阻擋定位，短邊側(cè)MD測量，保證機(jī)械手每次抓取玻璃時都能在同一位置。下片機(jī)械手常采用下取板方式，下片堆垛精度可到±1 mm，成品下片不能有破損、劃傷、堆垛不齊，合格率≥99.5%，下片周期可到9.5 s/片。鋪紙機(jī)采用水平牽引式，卷筒紙水平鋪紙，紙張類型不低于35 g，鋪紙機(jī)在每層玻璃之間鋪上防霉紙，鋪紙機(jī)一般采用雙工位，鋪紙機(jī)堆垛工位堆垛完成后，可自動轉(zhuǎn)換到另一鋪紙工位堆垛，實(shí)現(xiàn)不間斷下片堆垛，鋪紙機(jī)重復(fù)送紙機(jī)構(gòu)的精度為±0.2%，紙張四邊均多出玻璃四邊3～5 mm，鋪紙周期可到9.5 s/片。

3.8 連線輥道及控制系統(tǒng)

連線輥道設(shè)備主要包括過渡輥道、定位輥道、加速輥道、減速輥道、儲片裝置、排距輥道、立交轉(zhuǎn)向輥道等。采用3條預(yù)處理線合并成一個鋼化爐布置方式，過渡輥道主要用于傳輸玻璃基板，起到中間過渡作用；定位輥道主要對玻璃機(jī)械居中定位，主要布置在對定位要求較高的工藝設(shè)備前面；加速輥道主要用于拉開玻璃板之間的間距，為前面玻璃基板的立交、儲片動作節(jié)約時間。減速輥道主要用于將玻璃基板速度降下來，以適應(yīng)后續(xù)工藝對速度的要求；儲片裝置主要對玻璃基板進(jìn)行臨時存儲，當(dāng)上游設(shè)備出現(xiàn)故障停機(jī)維護(hù)時，儲片裝置可以為下游提供玻璃基板，保證下游生產(chǎn)的連續(xù)性，當(dāng)下游設(shè)備出現(xiàn)故障維護(hù)時，儲片裝置可以繼續(xù)儲存上游的玻璃，保證上游生產(chǎn)的連續(xù)性；排距輥道主要對進(jìn)入鋼化爐的玻璃基板進(jìn)行等間距排列，實(shí)現(xiàn)最大鋼化產(chǎn)能。

控制系統(tǒng)對連線的主要工藝參數(shù)和關(guān)鍵工藝操作進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)控，能實(shí)時監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，故障及時報警，人機(jī)交互頁面友好，操作靈活，運(yùn)行可靠，抗干擾能力強(qiáng)，每條深加工連線分為若干個區(qū)，每個區(qū)的人機(jī)交互電腦(PC)布置在相應(yīng)區(qū)段的生產(chǎn)線附近，該電腦能夠控制所在區(qū)域所有連線設(shè)備執(zhí)行元器件的狀態(tài)，能夠顯示所有能夠采集到的傳感器的狀態(tài)，能夠切換所在區(qū)的生產(chǎn)模式，比如手動模式或自動模式，自動模式用于顯示基板流動信息、輥道間信號交互、當(dāng)前輥道的運(yùn)動狀態(tài)等，手動模式用于調(diào)試、維護(hù)、保養(yǎng)等，此外還能夠顯示報警信息，用戶登錄等操作[4]。圖2所示為連線輥道控制系統(tǒng)界面。

4 結(jié) 論

該文介紹了光伏蓋板玻璃深加工生產(chǎn)線的工藝流程，并重點(diǎn)介紹了深加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)備和連線輥道的技術(shù)和相關(guān)參數(shù)，為深加工連線設(shè)備布置和生產(chǎn)工藝提供一定指導(dǎo)。